在全球制造業(yè)向智能化、綠色化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期,中國計量大學(xué) “云磨智擎” 團隊歷經(jīng)兩年技術(shù)攻關(guān),成功推出 “基于電磁力控與視覺引導(dǎo)的柔性打磨拋光設(shè)備”。該設(shè)備突破傳統(tǒng)剛性打磨技術(shù)瓶頸,實現(xiàn)高精度力控、智能路徑規(guī)劃與多面加工一體化,為航空航天、汽車制造、半導(dǎo)體等高端領(lǐng)域提供了高效、綠色的精密加工解決方案,成為推動 “中國智造” 升級的重要創(chuàng)新成果。

項目團隊實踐調(diào)研

       直擊行業(yè)痛點:傳統(tǒng)打磨 “硬傷” 催生柔性化解決方案

       傳統(tǒng)打磨工藝長期受困于諸多難題。在復(fù)雜曲面加工場景下,剛性打磨設(shè)備常常引發(fā)過載損傷,致使工件報廢;欠打磨問題屢見不鮮,導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量難以保障;二次退火現(xiàn)象頻發(fā),不僅降低生產(chǎn)效率,還影響產(chǎn)品性能。這些問題在對精度要求極高的航空航天、精密儀器制造等高端制造業(yè)中,顯得尤為突出。

       針對上述問題,中國計量大學(xué)“云磨智擎”學(xué)生團隊敏銳地捕捉到這些行業(yè)痛點,整合電磁學(xué)、機器人學(xué)與機器視覺技術(shù),研發(fā)出集 “電磁柔順力控 + 視覺精準(zhǔn)引導(dǎo)” 于一體的柔性打磨拋光設(shè)備,實現(xiàn)從 “粗放加工” 到 “精準(zhǔn)智造” 的跨越。

       云磨智擎團隊研發(fā)的柔性打磨拋光設(shè)備具有三大核心技術(shù):重新定義精密打磨標(biāo)準(zhǔn)

       1.電磁變剛度柔順打磨裝置——力控精度達±1N,響應(yīng)速度提升40%

       創(chuàng)新采用定圈動鐵式音圈電機,通過電流-剛度線性映射原理,實現(xiàn)0-100N接觸力動態(tài)調(diào)節(jié),力控精度達±1N,響應(yīng)速度≤40 ms,較傳統(tǒng)方案提升40%。裝置配備六維力傳感器與位移傳感器,實時補償20 mm范圍內(nèi)的曲面偏差,有效消除打磨震顫,使鋁合金、鈦合金等硬質(zhì)材料表面粗糙度穩(wěn)定在Ra≤0.8 μm,達到航空級精密加工標(biāo)準(zhǔn)。

電磁變剛度柔順裝置

       2.智能翻轉(zhuǎn)工作臺——360°無死角加工,除塵效率超99.7%

       集成高精度分度盤(分辨率0.00625°,重復(fù)定位精度0.0035°),支持工件360°自動翻轉(zhuǎn),一次裝夾即可完成多面加工,解決傳統(tǒng)設(shè)備需多次人工調(diào)整的痛點。配套氣陀螺工業(yè)集塵系統(tǒng),以2000 m3/h流量吸附打磨粉塵,除塵效率達99.7%,顯著改善作業(yè)環(huán)境,降低職業(yè)病風(fēng)險。

       3.視覺引導(dǎo)系統(tǒng)——AI算法賦能,焊縫識別準(zhǔn)確率98.7%

       搭載激光3D掃描儀與改進型Yolact+深度學(xué)習(xí)算法,通過GhostNet骨干網(wǎng)絡(luò)與Coordinate Attention注意力機制,將雙金屬焊縫等小目標(biāo)識別準(zhǔn)確率提升至98.7%,單幀處理速度達15.32 FPS。結(jié)合六軸機器人手眼標(biāo)定技術(shù),實現(xiàn)理論模型與實際加工坐標(biāo)的微米級匹配,路徑規(guī)劃誤差≤0.03 mm,徹底解決復(fù)雜曲面“定位難、規(guī)劃慢”問題。

 柔性打磨拋光設(shè)備實物圖

       項目由中國計量大學(xué)機械電子工程、測控技術(shù)與儀器和工業(yè)工程等專業(yè)9名本科生組成,在蔣志韜等老師的指導(dǎo)下,歷時2年完成原理設(shè)計、樣機研制與工業(yè)測試。團隊突破“學(xué)生科研落地難”瓶頸,與企業(yè)共建聯(lián)合實驗室,實現(xiàn)“技術(shù)研發(fā)-場景驗證-工藝優(yōu)化”閉環(huán),被行業(yè)專家評價為“兼具學(xué)術(shù)價值與工程意義的典型成果”,該項目成果獲得了多方面的權(quán)威認可。經(jīng)中國科學(xué)院上海科技查新咨詢中心國內(nèi)外查新,證實項目核心技術(shù)具有新穎性,綜合技術(shù)達到國際先進水平。團隊申請的8項專利,包括7項發(fā)明專利、1件軟件著作權(quán)和1項外觀專利,形成了完善的知識產(chǎn)權(quán)保護體系。

       在項目成果轉(zhuǎn)化與行業(yè)應(yīng)用落地的關(guān)鍵階段,“云磨智擎” 團隊與浙江思普鋸業(yè)有限公司(簡稱“思普鋸業(yè)”)達成深度產(chǎn)學(xué)研合作,共同開啟智慧化鋸條焊縫打磨拋光領(lǐng)域的技術(shù)革新。作為國內(nèi)高端鋸切工具制造的龍頭企業(yè),思普鋸業(yè)以“降低鋸切成本,提升切削效率”為愿景,通過持續(xù)創(chuàng)新、全球化合作及嚴(yán)格的質(zhì)量管理體系推動行業(yè)進步。雙方聯(lián)合開發(fā)的柔性打磨拋光工藝已納入思普鋸業(yè)高端產(chǎn)品線的標(biāo)準(zhǔn)制程,成為了高校科研成果與細分行業(yè)深度融合的典型范例。

團隊成員與指導(dǎo)老師探討

       “我們希望通過技術(shù)創(chuàng)新,讓精密加工不再依賴‘老師傅經(jīng)驗’,而是用智能設(shè)備實現(xiàn)‘一鍵精準(zhǔn)加工’我們不僅是設(shè)備研發(fā)者,更是精密加工生態(tài)的構(gòu)建者。” 團隊負責(zé)人周柯宇表示,“目前團隊正推進設(shè)備模塊化設(shè)計,團隊也將持續(xù)深耕 “電磁力控 + 視覺引導(dǎo)” 技術(shù),計劃2025年完成中試量產(chǎn),目標(biāo)覆蓋汽車模具、醫(yī)療器械等大型市場,助力我國從“制造大國”向“制造強國”邁進。”

       在未來,云磨智擎團隊預(yù)計將進一步推進該項目落地實用,以實現(xiàn)柔性打磨拋光設(shè)備的生產(chǎn)應(yīng)用,為全球制造業(yè)提供“中國方案”,為‘中國智造’提供更多‘柔性’力量。